四级铵碱加热至100℃以上分解成烯烃、 三级胺和水的反应。1881年由德国化学家A.W.von霍夫曼首先发现。霍夫曼反应可用于制备某些烯烃，还可用于测定复杂胺类和生物碱的结构。把未知的含氮化合物与过量碘甲烷作用，使之转变为四级铵盐，用湿氧化银处理即得四级铵碱，加热发生分解。根据所消耗碘甲烷和含氮未知物的摩尔比，可判断该化合物是否为一级、二级或三级胺，并从所生成烯烃的结构推测该化合物的结构。霍夫曼曾用此法研究一些哌啶类化合物的结构。由于在反应中使用过量碘甲烷使未知物转变为四级铵盐，故又称为彻底甲基化反应。

霍夫曼反应按“接近E1CB的E2”的机理进行（见消除反应），但过程中并不生成共轭碱负碳离子。碱进攻四级铵正离子中的一个β碳原子上的氢(β氢原子)，并促使离去基团三级胺的断裂和双键的生成。当四级铵正离子中含有结构不等同的几个β氢原子时,反应趋向于生成双键上取代基最少的取代乙烯,即被碱作用的速率以β碳为CH3的氢最快，为CH2R的氢次之,为CHR2的氢最慢。例如，二级丁胺经霍夫曼反应所得的烯烃中1-丁烯占95％，而 2-丁烯只占5％。这种规律性也存在于不同烷基之间的竞争中，例如丁基异丁基胺经霍夫曼反应所得烯烃中1-丁烯占64％，异丁烯只占36％。这种规律性称霍夫曼规则。

含氮杂环中的二级胺和三级胺可通过两次或三次霍夫曼反应，生成二烯或三烯，例如：